JP2013535827A - ソレノイドアクチュエータ - Google Patents

Abstract

ソレノイドアクチュエータであって、磁極コア（２）を備え、該磁極コア（２）は少なくとも１つの磁性の範囲（３）と、少なくとも１つの非磁性の範囲（４）とを有し、前記非磁性の範囲（４）は前記磁性の範囲（３）の磁気的な分離を達成しており、前記磁極コア（２）は一体の構成部分として形成されており、前記磁極コア（２）の前記磁性の範囲（３）と前記非磁性の範囲（４）とは、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式に結合されていることを特徴とするソレノイドアクチュエータ。

Description

背景技術
本発明は、燃料噴射弁用のソレノイドアクチュエータ（電磁アクチュエータ）ならびに該ソレノイドアクチュエータ用の磁極コアを製造する方法に関する。

公知先行技術の燃料噴射弁は、主としてコイルとソレノイドアクチュエータとを備えた電磁切換弁として形成されている。このソレノイドアクチュエータの磁極コアは、フェライト系の磁性材料を有する複数のセクタから形成されている。これらのセクタは、表面層によって互いに対して電気的に絶縁されている。このような電磁切換弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３９１１７号明細書に基づき公知である。磁極コアの薄い表面層と輪郭とにより、作動中での磁界の形成時および消滅時には、渦電流損が生じ、ひいては燃料噴射弁の切換時間もしくは動的特性の低下が生じる。さらに、複数のプロセスステップにおいて組み立てられた磁極コアを製作することは、極めて手間がかかる。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明によるソレノイドアクチュエータ、すなわち、磁極コアを備え、該磁極コアは少なくとも１つの磁性の範囲と、少なくとも１つの非磁性の範囲とを有し、前記非磁性の範囲は前記磁性の範囲の磁気的な分離を達成しており、前記磁極コアは一体の構成部分として形成されており、前記磁極コアの前記磁性の範囲と前記非磁性の範囲とは、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式に結合されている、つまり原子、分子等の材料の力に基づき結合されていることを特徴とするソレノイドアクチュエータには、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、この場合、渦電流を効率良く最小限に抑えた磁気回路を有し、ひいては弁の著しく短縮された切換時間を可能にするソレノイドアクチュエータが提供される。このことは本発明によれば、ソレノイドアクチュエータが、少なくとも１つの磁性の範囲と、少なくとも１つの非磁性の範囲とを備えた一体の構成部分として形成されている磁極コアを備えることにより達成される。非磁性の範囲は、磁気的な分離を可能にし、この場合、磁性の範囲と非磁性の範囲との間には、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式の結合、つまり原子、分子等の材料の力に基づいた結合が存在している。したがって、ソレノイドアクチュエータの一体の磁気コアを、１回のプロセスステップにおいて短いサイクル時間でかつ少ない部品コストで簡単に大量生産部品として製造することを実現することができる。

請求項２以下には、本発明の有利な改良形が記載されている。

磁極コアは少なくとも２つの磁性の範囲と、少なくとも２つの非磁性の範囲とを有し、これらの磁性の範囲および非磁性の範囲は前記磁極コアの周方向に交互に配置されていると有利である。これにより、磁性の範囲は非磁性の範囲によって互いに分離され、この場合、磁極コアの磁性の範囲と、非磁性の範囲とは、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式に結合されている。

磁極コアの非磁性の範囲の２つの側面が、互いに平行に形成されていると有利である。これにより、ソレノイドアクチュエータは特に高い動的特性を達成する。非磁性の範囲の幅は、隣接し合った磁性の範囲の電気的な分離が達成されるような大きさに設定されている。非磁性の範囲の１つのセクタ（扇形）面は、磁性の範囲のセクタ面よりも著しく小さく、好ましくは４〜６倍、特に５倍だけ小さく形成されている。

さらに有利には、磁極コアが、半径方向外側に向かって延びるフランジを有する。さらに別の有利な構成では、前記フランジに、電気的なコンタクティング用の貫通案内部が配置されている。これにより、完全に弁ハウジングの内部で、ソレノイドアクチュエータの、作動確実な電気的なコンタクティング（接触接続）を保証する短いケーブルガイドが可能となる。さらに、２成分−金属粉末−射出成形法によって１回の製造ステップにおいて、同時にコイルハウジングを製造することもできる。

磁極コアは、軸方向に延びるコイルハウジングを有し、該コイルハウジングと磁極コアとの間に半径方向でコイルが配置されていることが好ましい。これにより、ソレノイドアクチュエータのコンパクトな構造が実現され、このようなコンパクトな構造は、燃料噴射弁全体の最小化された構成容積に寄与する。

さらに有利には、磁極コアの軸方向の延在長さが、前記コイルハウジングの軸方向の延在長さよりも大きく形成されている。これにより、磁極コアの噴射側寄りの端部は簡単かつ廉価に弁ハウジングに固定され得るようになり、磁極コアの噴射側とは反対の側の端部は弁ハウジングの内部に支持される。したがって、少数の組立てステップを用いた迅速な製作が可能となる。

さらに別の有利な構成では、磁極コアが、中央の貫通開口を有する。これにより、戻しばねおよびスリーブを含めてこの開口内に配置された弁ニードルの作動確実なガイドが確保される。

好ましくは、磁極コアは、偶数個の磁性の範囲、特に４つの磁性の範囲と、偶数個の非磁性の範囲、特に４つの非磁性の範囲とを有する。さらに有利には、磁極コアが対称的な構造を有する。これにより、既に少数の磁性の範囲と少数の非磁性の範囲とを用いるだけで、ソレノイドアクチュエータの作動中の磁界変化の際の渦電流損の劇的な低減が達成される。さらに、これによって磁極コアは単純でかつ廉価に製造可能な構造を有する。

本発明はさらに、ソレノイドアクチュエータ用の一体の磁極コアを製造する方法に関する。本発明による方法は、以下のステップを包含する：
−磁性の材料と非磁性の材料とを準備し、
−磁性の範囲と非磁性の範囲との間の材料接続式の結合、つまり原子、分子等の材料の力に基づいた結合を形成するために、磁極コアの非磁性の範囲と磁性の範囲とを、２成分−金属粉末−射出成形法によって製造する。本発明による方法により、一体の磁極コアの製造を高い再現可能性で行うことができるので、燃料噴射弁の切換時間を劇的に低減するソレノイドアクチュエータが提供される。これにより、たとえば自動車における使用時では、著しく少ない燃料量を燃焼室内へ噴射するだけで済む。減じられた噴射量により、エンジンのアイドリング特性が改善される。このことは、エンジンの著しく改善された排ガス特性をもたらす。さらに、本発明による方法は、種々の大きさの複雑な構成部分を製作するためにも、極めて経済的に使用可能となる。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明の有利な第１実施形態によるソレノイドアクチュエータを備えた燃料噴射弁の概略的な断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の平面Ａ−Ａに沿った断面図である。 本発明の有利な第２実施形態による磁極コアを示す断面図である。 図３に示した磁極コアの平面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

発明の実施形態
以下に、図１および図２につき、本発明の有利な第１実施形態によるソレノイドアクチュエータならびに該ソレノイドアクチュエータの磁極コアを製造する方法について詳しく説明する。

図１には、本発明の第１実施形態による、流体を制御する燃料噴射弁１０の概略的な断面図が示されている。この燃料噴射弁１０は弁ハウジング１１を有し、この弁ハウジング１１の内部には、内側に向かって開くタイプの弁ニードル１２が設けられている。この弁ニードル１２は、この弁ニードル１２に載置された戻しエレメント１４と押圧部材１５とを備えている。さらに、電磁アクチュエータもしくはソレノイドアクチュエータ１が設けられており、このソレノイドアクチュエータ１は、弁ニードル１２に固定されたソレノイドアーマチュア１３と、磁極コア２と、コイル８とを有し、このソレノイドアーマチュア１３と磁極コア２とコイル８とは、中心軸線Ｘに対して同軸的にコイルハウジング７内で、半径方向においてコイルハウジング７と磁極コア２との間に配置されている。磁極コア２は貫通開口９を有し、この貫通開口９内には、戻しエレメント１４と押圧部材１５とを備えた弁ニードル１２が案内されている。磁極コア２はさらに、半径方向外側に向かって延びるフランジ５を有し、このフランジ５には、コイル８の電気的なコンタクティングのための貫通案内部６が形成されている。図１からさらに判るように、磁極コア２の軸方向の延在長さは、コイルハウジング７の軸方向の延在長さよりも大きく形成されている。磁極コア２の、噴射側寄りの端部は、コイル８とソレノイドアーマチュア１３との間でコイルハウジング７から導出されていて、弁ハウジング１１の外側に固定されている。燃料噴射弁１の操作時に、弁ニードル１２は中心軸線Ｘの方向で磁極コア２に向かって運動させられ、遮断時には戻しエレメント１４によって再び初期位置へ戻される。

磁極コア２は、非磁性の範囲４（図１にはこのうちの２つが見えている）と、磁性の範囲３（図１では噴射側寄りの端部と、噴射側とは反対の側の端部とが見えている）とを有する。図１の平面Ａ−Ａに沿った断面図である図２から判るように、本第１実施形態では、４つの非磁性の範囲４が設けられている。これら４つの非磁性の範囲４は９０°の角度間隔を置いて磁極コア２に配置されていて、４つの磁性の範囲３を磁気的に互いに分離している。非磁性の範囲４の輪郭は、それぞれ２つの互いに平行な側面４ａ，４ｂと、それぞれ１つの凸面状に形成された外側の端面と、凹面状に形成された内側の端面とによって画定される。この場合、外側の端面の凸面状の湾曲は磁極コア２の外径に相当し、内側の端面の凹面状の湾曲は貫通孔９の外径に相当する。磁性の範囲３および非磁性の範囲４の数は、図１に図示した第１実施形態に対して択一的に、ソレノイドアクチュエータの所望の機能性に応じて適宜に変えることができるが、ただし、少なくとも２つの非磁性の範囲４が存在しているか、もしくは設けられている。

ソレノイドアクチュエータ１の磁極コア２の製作は、好ましくは２成分−金属粉末−射出成形法により行われる。この場合、択一的に、まず最初に非磁性の範囲４を非磁性材料から射出成形し、その後に磁性の範囲３を磁性材料から射出成形するか、あるいは逆の順序で最初に磁性の範囲３を磁性材料から射出成形し、その後に非磁性の範囲４を非磁性材料から射出成形し、そして１回の製作ステップで時間およびコストの点で効率良く材料接続式に互いに結合させることができる。上記方法の極めて良好な再現可能性に基づき、ソレノイドアクチュエータ１の磁極コア２の磁気値の僅かなばらつきが達成可能となる。

本発明による製造方法により、複雑な輪郭を備えた本発明によるソレノイドアクチュエータ１用の一体の磁極コア２も、唯一回の製作プロセスにおいて特に経済的に製作され得る。このことは、コンベンショナルな製作方法を用いては達成不可能である。さらに、コイルハウジング７の構成部分組込みが可能となり、これにより組立て・結合プロセス、ひいては製造時の検査ステップが節約され得る。達成可能となる低減された渦電流損により、特に高圧噴射弁において望まれる所要の動的特性が著しく改善される。このことは、エンジンの著しく改善された燃料消費およびエミッション特性のために寄与する。

以下に、図３および図４につき、本発明の有利な第２実施形態によるソレノイドアクチュエータを詳しく説明する。同一の構成部分または同一機能の構成部分は、第１実施形態の場合と同じ符号で示されている。

前で説明した第１実施形態とは異なり、第２実施形態は、組み込まれたコイルハウジング７を有しない磁極コア２を有する（図３）。この磁極コア２は、やはり４つの磁性の範囲３と、４つの非磁性の範囲４とによって形成されており、これらの磁性の範囲３および非磁性の範囲４は、図４に示した、図３の平面Ｂ−Ｂの断面図から判るように、９０°の角度相互間隔を置いて交互に配置されている。端面側の軸方向端部３１，３２は、図１に示した第１実施形態の場合と同様に、完全に全周にわたって延びるそれぞれ１つの磁性の範囲３を有する。

Claims (11)

1. ソレノイドアクチュエータであって、
   −磁極コア（２）を備え、
   −該磁極コア（２）は少なくとも１つの磁性の範囲（３）と、少なくとも１つの非磁性の範囲（４）とを有し、
   −前記非磁性の範囲（４）は前記磁性の範囲（３）の磁気的な分離を達成しており、
   −前記磁極コア（２）は一体の構成部分として形成されており、
   −前記磁極コア（２）の前記磁性の範囲（３）と前記非磁性の範囲（４）とは、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式に結合されていることを特徴とするソレノイドアクチュエータ。
2. 前記磁極コア（２）は少なくとも２つの磁性の範囲（３）と、少なくとも２つの非磁性の範囲（４）とを有し、これらの磁性の範囲（３）および非磁性の範囲（４）は前記磁極コア（２）の周方向に交互に配置されており、前記非磁性の範囲（４）は前記磁性の範囲（３）の相互分離を達成しており、前記磁極コア（２）の全ての磁性の範囲（３）と、全ての非磁性の範囲（４）とは、２成分−金属粉末−射出成形法によって材料接続式に結合されている、請求項１記載のソレノイドアクチュエータ。
3. 前記磁極コア（２）の前記非磁性の範囲（４）の２つの側面（４ａ，４ｂ）が、互いに平行に形成されている、請求項１または２記載のソレノイドアクチュエータ。
4. 前記磁極コア（２）は、半径方向外側に向かって延びるフランジ（５）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のソレノイドアクチュエータ。
5. 前記フランジ（５）に、電気的なコンタクティング用の貫通案内部（６）が配置されている、請求項４記載のソレノイドアクチュエータ。
6. 前記磁極コア（２）は、軸方向に延びるコイルハウジング（７）を有し、該コイルハウジング（７）と前記磁極コア（２）との間に半径方向でコイル（８）が配置されている、請求項４または５記載のソレノイドアクチュエータ。
7. 前記磁極コア（２）の軸方向の延在長さが、前記コイルハウジング（７）の軸方向の延在長さよりも大きく形成されている、請求項６記載のソレノイドアクチュエータ。
8. 前記磁極コア（２）は、中央の貫通開口（９）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のソレノイドアクチュエータ。
9. 前記磁極コア（２）は、偶数個の磁性の範囲、特に４つの磁性の範囲（３）と、偶数個の非磁性の範囲、特に４つの非磁性の範囲（４）とを有する、請求項２から８までのいずれか１項記載のソレノイドアクチュエータ。
10. 前記磁極コア（２）は対称的な構造を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のソレノイドアクチュエータ。
11. ソレノイドアクチュエータ（１）用の一体の磁極コア（２）を製造する方法であって、以下のステップ：
    −磁性の材料と非磁性の材料とを準備し、
    −材料接続式に互いに結合される前記磁極コア（２）の非磁性の範囲（４）と磁性の範囲（３）とを、２成分−金属粉末−射出成形法によって製造する、
    より成るステップを有することを特徴とする、磁極コアの製造法。

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